TY  - THES
A1  - Kocic, Nikola
T1  - Bestimmung des Keimbildungsexponenten für die Kristallisation von Polymeren durch  nicht-isotherme DSC-Analysen
T1  - Determination of the nucleation parameter for the crystallization of polymers by non-isothermal DSC-analysis
N2  - Thermoplastische Kunststoffe (sog. Thermoplaste) lassen sich in einem be-stimmten Temperaturbereich beliebig oft schmelzen und in einer gewünschten Form erstarren. Grundvoraussetzung für eine bestimmte Anwendung eines thermoplastischen Bauteils sind die Gebrauchseigenschaften des Materials, die im Wesentlichen vom Ablauf der Erstarrung abhängen. 
Die Moleküle einiger Thermoplaste können bei der Erstarrung geordnete kristalline Bereiche bilden. Dies sind die sog. teilkristallinen Kunststoffe, deren Erstarrungsprozess Kristallisation genannt wird. Die dabei entstehenden Kristallstrukturen werden zusammen mit deren Charakteristiken allgemein als Morphologie der teilkristallinen Kunststoffe bezeichnet. Die Morphologie hat einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften des Materials. Dementsprechend stellen Kenntnisse über die Kristallisation eine wertvolle Hilfe bei der Vorhersage der Gebrauchseigenschaften eines teilkristallinen Kunststoffs dar.
Um die Kristallisation zu starten, muss zunächst eine Energiebarriere überwunden werden, die an erster Stelle vom molekularen Aufbau des Kunststoffs abhängt. Somit weisen beispielsweise Kunststoffe mit linearen, regelmäßigen Molekülen und kleinen Seitengruppen eine niedrigere Energiebarriere und aus diesem Grund eine starke Neigung zur Kristallisation auf. Einige Zusatzstoffe wie z. B. unterschiedliche Additive, Farbstoffe oder Füllstoffe können die Energiebarriere und infolgedessen die Kristallisation eines teilkristallinen Kunststoffs wesentlich beeinflussen. 
Das Ziel dieser Dissertation war es, ein bestehendes Kristallisationsmodell zu erweitern und es an gefüllte oder additivmodifizierte teilkristalline Kunststoffe anzupassen. Das erweiterte Modell soll die Ermittlung eines Kristallisationspa-rameters, des sog. Keimbildungsexponenten, eines gefüllten oder additivmodifizierten teilkristallinen Kunststoffs bei der nicht-isothermen Kristallisation ermöglichen. Der Keimbildungsexponent ist mit der erwähnten Energiebarriere eng verbunden und bestimmt somit den Ablauf des Kristallisationsprozesses bzw. die daraus folgende Morphologie. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit lag darin, die vorgeschlagene Modellerweiterung bei verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten zu überprüfen. Im Anschluss sollten die Beziehungen zwischen den berechneten Keimbildungsexponenten und experimentell ermittelten me-chanischen Eigenschaften (E-Modul, Streckspannung und Schlagzähigkeit) überprüft werden. Für die Untersuchungen wurden drei verschiedene Polymersysteme verwendet: PP / Talkum, HDPE / Talkum sowie PA6 / Bentonit. Hierbei weist der Füllstoff eine stark positive, schwach positive bzw. inhibierende Wirkung auf die Kristallisation der entsprechenden Polymermatrix auf. 
Hinsichtlich reiner Polymere wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den ermittelten und Literaturwerten des Keimbildungsexponenten festgestellt. Die Zugabe von positiv wirkendem Talkum in PP bzw. HDPE führt zu einer Abnah-me des Keimbildungsexponenten, was zu dickeren Kristallen des jeweiligen Kunststoffs führte. Im Gegensatz dazu bewirkte die Bentonitzugabe einen zu-nehmenden Keimbildungsexponenten, was anschließend dünnere PA6-Kristalle zur Folge hat. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen außerdem, dass die Füllstoffpartikelgröße einen ausgeprägten Einfluss auf den ermittelten Keimbildungsexponenten hat.
Weiterhin wurde festgestellt, dass der ermittelte Keimbildungsexponent durch die (DSC)-Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst wird. Es wurde ferner gezeigt, dass sich dieser Einfluss ab einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit (20 K/min im Falle des PP und HDPE bzw. 15 K/min im Falle des PA6) nicht mehr ändert, was zu einem konstanten Keimbildungsexponenten führt. Um den Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die modellierte Größe zu berücksichtigen, sind weitere Untersuchungen nötig.
Die Ergebnisse der Arbeit zeigen weiterhin, dass der berechnete Keimbildungsexponent mit den experimentell ermittelten Werten für E-Modul, Streckspannung und Charpy-Schlagzähigkeit bei talkumgefülltem PP gut korreliert. Solche Korrelationen wurden jedoch bei den HDPE- und PA6-Proben nicht gefunden. Der Grund hierfür könnte eine ausgeprägte Orientierung der HDPE-Makromoleküle bzw. ein starker mikromechanischer Effekt des exfolierten Bentonits sein. Diese Effekte konnten im Rahmen der Arbeiten bestätigt werden.
Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Mo-dellerweiterung auch bei gefüllten oder additivmodifizierten Kunststoffen zufriedenstellende Resultate liefert. Die entsprechende Berechnung erfordert dabei lediglich eine DSC-Messung, was im Vergleich zum Stand der Technik in einen niedrigeren Messaufwand resultiert. Die vorliegende Arbeit liefert daher einen signifikanten Beitrag zur Erstellung des Zusammenhangs zwischen der Kristallisation, der Morphologie und dem mechanischen Verhalten von teilkristallinen Polymeren.
N2  - Thermosoftening polymers, also called thermoplastics, can be repeatedly melt-ed and solidified into a desired shape in a certain temperature range. The basic requirements for a particular application of a thermoplastic component are its functional characteristics, which significantly depend on the solidification pro-cess. 
The molecules of some thermoplastics can form ordered crystalline regions during the solidification process. These are so-called semi-crystalline polymers, whose solidification process is called crystallization. The resulting crystal struc-ture elements, together with their properties, are commonly referred to as the morphology of semi-crystalline polymers. The morphology has a significant in-fluence on the mechanical, thermal and optical properties of the material. Ac-cordingly, knowledge about the crystallization is a valuable aid in predicting the final properties of a semi-crystalline polymer. 
In order for the crystallization to start, it is necessary for an activation energy barrier to be overcome. The activation energy barrier depends on the molecular structure of the polymer. Polymers with linear, regular molecules and small side groups possess a low activation energy barrier and therefore crystallize most easily. Some ingredients, such as various additives, pigments or fillers, can significantly affect the energy barrier and consequently the crystallization of a semi-crystalline polymer.
The aim of this thesis was to extend an existing crystallization model and adapt it to filled or additive-modified semi-crystalline polymers. The extended model should allow the determination of a crystallization parameter, the so-called nu-cleation parameter of filled or additive-modified semi-crystalline polymers during non-isothermal crystallization. The nucleation parameter is closely connected with the activation energy barrier and thus determines the crystallization process and consequentially the resulting morphology. An important task in this work was to verify the proposed model extension for different cooling rates. In addition, the correlations of the calculated nucleation parameter with experimentally determined mechanical properties (Young’s modulus, yield stress and impact strength) are established and discussed. In this research, three different polymer systems were used: PP / talc, HDPE / talc and PA6 / bentonite. In these three materials, the filler has a strong positive, a weak (positive) and a negative influence on the crystallization of a given polymer, respectively.
A good agreement between the values of the nucleation parameter determined in this work and those found in literature was obtained as regards pure poly-mers. The addition of positive-acting talc in PP and HDPE leads to a decreased nucleation parameter, resulting in an increase of the crystal thickness of PP and HDPE. By contrast, the addition of bentonite increases the nucleation parameter of PA6 and therefore leads to a decrease in the crystal thickness of PA6. It was also shown that the filler particle size has a significant influence on the nucleation parameter. Furthermore, it was shown that the DSC cooling rate up to a certain value (20 K/min as regards PP und HDPE i.e. 15 K/min regarding PA6) has an influence on the determined nucleation parameter. Afterwards, the nucleation parameter reaches a plateau and shows no further changes with the cooling rate. To be able to add the influence of the cooling rate into the model, further studies are needed. 
Furthermore, it was shown that the obtained nucleation parameters correlates well with the Young modulus, yield stress and impact strength as regards PP filled with talc. In contrast to PP, such correlations were not found for HDPE and PA6 samples. The possible reason for the absence of correlations could be the orientation of the HDPE molecules, i.e. the strong reinforcing effects of the intercalated bentonite in PA6. These effects were confirmed in the scope of the work.
The results obtained in this work show that the proposed model extension is applicable as regards filled semi-crystalline polymers. In comparison to the state of the art, the proposed model extension requires only a single DSC-measurement resulting in a lower measuring expenditure. Therefore, the pre-sent work provides a significant contribution to establishing the mathematical relationship between the crystallization, morphology and the mechanical behavior of semi-crystalline polymers.
KW  - Kristallisation
KW  - Polymer
KW  - Morphologie
KW  - Polymere
KW  - Keimbildung
KW  - Kalorimetrie
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-113950
ER  - 
TY  - THES
A1  - Munzert, Stefanie Martina
T1  - Coordination of dynamic metallosupramolecular polymers (MEPEs)
T1  - Koordination von dynamischen metallosupramolekularen Polyelektrolyten (MEPE)
N2  - Several transition metal ions, like Fe2+, Co2+, Ni2+, and Zn2+ complex to the ditopic ligand 1,4-bis(2,2’:6’,2’’-terpyridin-4’-yl)benzene. Due to the high association constant, metal ion induced self-assembly of Fe2+, Co2+, and Ni2+ leads to extended, rigid-rod like metallo-supramolecular coordination polyelectrolytes (MEPEs) even in aqueous solution. Here, the kinetics of coordination and the kinetics of growth of MEPEs are presented. The species in solutions are analyzed by stopped-flow fluorescence spectroscopy, light scattering, viscometry and cryogenic transmission electron microscopy. At near-stoichiometric amounts of the reactants, high molar masses are obtained, which follow the order Ni-MEPE ~ Co-MEPE < Fe-MEPE. Furthermore, a way is presented to adjust the average molar mass, chain-length and viscosity of MEPEs using the monotopic chain stopper 4’-(phenyl)-2,2’:6’,2’’-terpyridine.
N2  - Verschiedene Übergangsmetallionen, wie Fe2+, Co2+, Ni2+ und Zn2+ komplexieren an den ditopen Liganden 1,4-Bis(2,2’:6’,2”-terpyridin-4’-yl)benzen. Aufgrund der hohen Bindungskonstanten, führt die metallinduzierte Selbstassemblierung von Fe2+, Co2+ und Ni2+ zu ausgedehnten, stäbchenförmigen metallosupramolekularen Polyelektrolyten (MEPE) in wässriger Lösung. In dieser Arbeit wird die Kinetik der Koordination sowie die Kinetik des Wachstums der MEPE aufgezeigt. Die Spezies in Lösung werden anhand von Stopped-flow-Fluoreszenzspektroskopie, Lichtstreuung, Viskosimetrie und Kryo-Transmittionselektronenmikroskopie analysiert. Bei nahezu stöchiometrischen Mengen der Reaktanden werden hohe molare Massen beobachtet. Dabei gilt: Ni-MEPE ~ Co-MEPE < Fe-MEPE. Außerdem wird ein Verfahren beschrieben, mit welchem die mittlere Molmasse, Kettenlänge und Viskosität der MEPE durch Nutzung des monotopen Kettenstoppers 4’-(Phenyl)-2,2’:6’,2’’-terpyridin eingestellt werden kann.
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - supramolecular chemistry
KW  - Polymere
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-160650
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bittner, Andreas
T1  - Innovative Materialkonzepte für elektrochemische Energiespeicher
T1  - Innovative Material Concepts for Electrochemical Energy Storage
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Beschichtungstyp für die Elektrodenmaterialien von Lithium-Ionen-Akkumulatoren entwickelt und charakterisiert. Dieser besteht aus einem speziellen anorganisch-organischen Hybridpolymer, das sich bezüglich seiner Zusammensetzung und Funktion gegenüber bestehenden Beschichtungsmaterialien abhebt. Das anorganisch-organische Netzwerk des Hybridpolymers konnte mittels Feststoff-NMR-Messungen vollständig aufgeklärt werden. Dabei zeigte sich ein stabiles anorganisches Gerüst aus hoch vernetzten Polysiloxan-Einheiten. Zusätzliche organische Modifizierungen liegen als lange bewegliche Ketten mit funktionellen Polyethylenoxid-Einheiten vor oder sind in Form von Polyethern und Diolen vernetzt. Mit dieser speziellen Netzwerkstruktur ist es möglich, Materialeigenschaften zu erzeugen, die über solche von rein anorganischen und rein organischen Beschichtungen hinausgehen. Zu den mit verschiedenen Methoden nachgewiesenen Eigenschaften zählen eine hohe ionische Leitfähigkeit von 10\(^{-4}\) S/cm, eine hohe Elastizität mit E = 63 kPa, eine hohe elektrochemische Stabilität bis 5,0 V vs. Li/Li\(^+\) und eine hohe thermische Stabilität. 

Eine weitere Besonderheit des neuen Beschichtungsmaterials ist die mehrstufige Vernetzung der anfänglichen Prekursoren zu einem Hybridpolymer-Sol und dem abschließenden Hybridpolymer-Gel. Die im Beschichtungssol vorliegende Teilvernetzung der Vorstufen konnte detailliert mittels Flüssig-NMR-Messungen untersucht und beschrieben werden. Aus den Messungen ließ sich folgern, dass die organisch und anorganisch vernetzbaren Gruppen im Sol teilweise vernetzt vorliegen. Die sterisch erreichbaren Si-OR-Gruppen der so entstandenen Oligomere sind vorwiegend nicht hydrolysiert, wodurch deren anorganische Anbindung an die OH-Gruppen der Partikeloberflächen kinetisch bevorzugt ist. Damit lassen sich besonders homogene und vollständig bedeckende Beschichtungen der Elektrodenmaterialien erzeugen. Dies konnte mit verschiedenen physikalischen und chemischen Methoden nachgewiesen werden: simulationsgestützte Rückstreuanalysen mittels REM, hochaufgelöste TEM-Aufnahmen sowie Elementanalysen durch EDX und XPS.

Nach der Optimierung des nasschemischen Beschichtungsprozesses über Rotationsverdampfen ergaben sich für die verschiedenen Elektrodenmaterialien Li\(_4\)Ti\(_5\)O\(_{12}\), Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) und Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) jeweils etwa 20 nm dicke Beschichtungen mit Hybridpolymer. Die Frage nach deren Lösungsmittelbeständigkeit konnte durch die Analyse von behandelten Proben mit TG, REM, XPS und ICP-OES aufgeklärt werden. Dabei zeigte sich sowohl für die Behandlung mit NMP, dem klassischen Lösungsmittel bei der Elektrodenfertigung mit PVDF-Binder, als auch für die Behandlung mit dessen umweltschonenderem Ersatzstoff Aceton eine gute Beständigkeit der Beschichtung. Die Beschichtung löste sich in den Lösungsmitteln an, blieb allerdings als geschlossene nanoskalige Beschichtung erhalten. Lediglich gegenüber dem Lösungsmittel H\(_2\)O, das in Kombination mit dem neuen Binder CMC eingesetzt wird, wurde eine mangelnde Schichtstabilität deutlich. Das dafür verantwortliche Quellverhalten der Beschichtung konnte mittels Dünnschicht-Modellsystem und daran durchgeführten REM-, IR- und EPA-Untersuchungen aufgeklärt werden. Die Optimierung des Hybridpolymer-Materials bezüglich einer besseren H\(_2\)O-Beständigkeit übersteigt den Rahmen dieser Arbeit und liefert die Grundlage für weitere künftige Forschungsarbeiten. 

Aufgrund der vollständigen Bedeckung der neuen Beschichtung, ihrer besonderen Eigenschaften und ihrer Beständigkeit bei der klassischen Elektrodenfertigung ist es möglich, die Elektrodenmaterialien grundlegend hinsichtlich ihrer wichtigsten Eigenschaften zu verbessern. Hierfür wurden sowohl über die NMP- als auch über die Aceton-Route Elektroden gefertigt und zu Halbzellen und Vollzellen verarbeitet. Die REM-Analyse der Elektroden zeigte, dass die Partikelbeschichtungen keinen negativen Einfluss auf die Homogenität und Morphologie der Elektroden ausüben. Damit war es möglich, jeweils einen direkten Vergleich von beschichteten und unbeschichteten Materialien hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performance anzustellen. Für die Kathodenmaterialien Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) und Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) ergaben die Zyklenfestigkeits- und Impedanzmessungen klare Verbesserungen durch die Beschichtung. Verbunden mit einer Verbesserung der Energiedichte erhöhte sich bei beiden Materialien die Zyklenfestigkeit um mehr als 60 %. Bei Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) zeigt sich die Verbesserung in einer erhöhten Zellspannung durch das vergleichsweise hohe Redoxpotential des Materials von etwa 4,7 V vs. Li/Li\(^+\), während sich bei Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) die Hochvoltfähigkeit des Materials verbessert, was mit einer vergrößerten Speicherkapazität verbunden ist. Dabei ist herauszustellen, dass für keines der Materialien ein negativer Einfluss der dünnen Beschichtung auf die Leistungsdichte festgestellt werden konnte. 

Der erwartete Mechanismus für die verbesserte Elektrodenfunktion durch das Hybridpolymer ist die Bildung einer physikalischen Schutzschicht in Form einer Li\(^+\)-leitfähigen Membran. Diese umgibt das Elektrodenmaterial vollständig, ermöglicht die Ladungsträgerinterkalation und schützt die Elektrode gleichzeitig vor irreversiblen Reaktionen mit dem Elektrolyten. Damit verbunden ist eine verminderte Mn-Auslösung und eine verminderte Entwicklung von isolierenden Deckschichten aus Reaktionsprodukten wie LiF, Li\(_2\)O, Li\(_2\)CO\(_3\), was sich positiv auf die Alterung der Batteriezellen auswirkt. Die Funktion der Beschichtung wurde primär auf den Kathodenmaterialien demonstriert. Doch auch auf der Anodenseite wurde ihre Anwendungstauglichkeit aufgezeigt, was das große Potential der Beschichtung für eine breite Anwendung in Lithium-Ionen-Batterien verdeutlicht.
N2  - Concerning its application on the electrode materials of lithium-ion batteries, in this thesis a new type of coating was developed and investigated. The new coating consists of an inorganic-organic hybrid polymer, which significantly differs from existing coating materials regarding composition and function. Its specific inorganic-organic network was characterized by solid-state NMR, which revealed stable inorganic domains consisting of highly cross-linked polysiloxane units with organic modifications. These modifications are long and flexible chains with functional polyethylene oxide units as well as networks cross-linked via polyethers and diols. With its special structure, the hybrid polymer shows material properties which surpass those of pure inorganic and pure organic materials. The properties were validated by different methods and include a high ionic conductivity of 10\(^{-4}\) S/cm, a high elasticity of E = 63 kPa, a high electrochemical stability of 5.0 V vs. Li/Li\(^+\), and a high thermal stability.

Another distinctive feature of the new coating is its gradual network formation, starting with the initial precursors, leading to a hybrid polymer sol and ending with the final hybrid polymer gel. The partial cross-linkage of the precursors in the sol was investigated with liquid-state NMR. Based on the measurements it could be concluded that the organically and inorganically cross-linkable groups are partly interconnected in the sol. The sterically accessible Si-OR groups are predominantly not hydrolyzed. So an inorganic linkage of the hybrid polymer sol’s oligomers to the OH groups of the particles’ surfaces is kinetically favored, which enables the creation of particularly homogeneous and entire particle coatings. This was shown by several physical and chemical methods of measurement: simulation-based backscattered electron analysis via SEM, high-resoluted images via TEM and elemental analysis by means of EDS and XPS.

After optimization of the wet chemical coating processes via rotary evaporation, hybrid polymer coatings of approximately 20 nm were realized on Li\(_4\)Ti\(_5\)O\(_{12}\), Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) and Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\). The solvent resistance of the coatings was investigated by TG, SEM, XPS and ICP-OES. These measurements revealed a good resistance against NMP, the classical solvent for the electrode production with PVDF binder. Similar results were obtained for the environmentally friendly solvent acetone. However, a partial dissolution was observed in both solvents. Nevertheless, a closed nanocoating remained on the particles’ surfaces after solvent treatment. Only for the solvent H\(_2\)O, which is used in combination with the binder CMC, an insufficient resistance became evident, caused by a swelling of the coating that was detected by means of a thin film model system and measurements with SEM, IR, and EPA. An optimization of the hybrid polymer material considering the H\(_2\)O resistance would exceed the scope of this work and provides the basis for future scientific research.

Based on the flawless new coating, its specific properties and its resistance during the classical electrode production, it is possible to fundamentally improve electrode materials regarding their most important characteristics. For that reason electrodes were fabricated with NMP and with acetone as solvent and processed to half and full cells. Analysis with SEM revealed that the hybrid polymer coating had no impact on the homogeneity and morphology of the composite electrodes, enabling a direct comparison of the coated and uncoated materials with regard to their electrochemical performance. For the cathode materials, Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) and Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\), cycling and impedance measurements showed that by the coating both materials have a considerably improved cycling stability of more than 60 %, going along with an increased energy density. Regarding Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) the improvement is expressed in an increased cell voltage compared to typical materials because of its high redox potential of about 4.7 V vs. Li/Li\(^+\). In the case of Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) an improved high voltage stability enables higher operating voltages and consequently higher capacities. It has to be pointed out that no negative influence of the thin coating on the power density could be detected.

The formation of a physical protection layer in the form of a Li\(^+\) conducting membrane is the expected mechanism for the improved electrode function by the hybrid polymer, hence, protecting the electrode against undesired reactions with the electrolyte. As a consequence the Mn leaching and the evolution of insulating surface layers consisting of reaction products like LiF, Li\(_2\)O and Li\(_2\)CO\(_3\) is suppressed, leading to a reduced aging of the electrode materials. The coating function was primarily demonstrated for the cathode materials, but its suitability was also shown on the anode side, revealing the large potential of the coating for a broad application in lithium-ion batteries.
KW  - Lithium-Ionen-Akkumulator
KW  - Beschichtung
KW  - Polymere
KW  - Lithium-Ionen-Batterie
KW  - beschichtetes Elektrodenmaterial
KW  - anorganisch-organisches Hybridpolymer
KW  - lithium-ion battery
KW  - coated electrode material
KW  - inorganic-organic hybrid polymer
KW  - core-shell particles
KW  - improved cyle life
KW  - Kern-Schale-Partikel
KW  - verbesserte Zyklenfestigkeit
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-152300
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ulbricht, Juliane
T1  - Insights into Polymer Biodegradation - Investigations on oxidative, hydrolytic and enzymatic Pathways
T1  - Einblicke in die Bioabbaubarkeit von Polymeren - Untersuchungen zu oxidativen, hydrolytischen und enzymatischen Abbauwegen
N2  - The present work aims towards the investigation of polymer degradation under biologically relevant conditions. In order to assess a potential degradation of polymers of interest for biomedical applications in vivo and associated effects on living tissue, representatives of poly(2-oxazoline)s and polypeptoids as well as poly(ethylene glycol) and poly(N-vinylpyrrolidone) for reference purposes are examined regarding their stability under oxidative and hydrolytic conditions as well as towards enzymatic degradation.
The polymers investigated in the framework of this thesis are generally considered to be non-biodegradable. Both poly(ethylene glycol) and poly(N-vinylpyrrolidone) are or were applied intensively in vivo provoking seriously harmful side effects like fatal blood poisoning from the oxidation of poly(ethylene glycol) chain ends or poly(N-vinylpyrrolidone) storage disease. Poly(2-alkyl-2-oxazoline)s and polypeptoids, both promising polymeric biomaterials for a wide variety of in vivo applications, are not clinically applied yet but undergo thorough investigations. However, comprising amide bonds within the backbone or the appending side chain, poly(2-alkyl-2-oxazoline)s and polypeptoids potentially offer a higher susceptibility towards (bio-)degradation. Representing the three most impactful initiators of degradation in vivo, the present study is focused on polymer deterioration by oxidative species, hydrolytic conditions and enzymes.
Oxidative species are generated in a variety of processes in vivo, both on purpose and as an unintentional by-product. Previous investigations revealed the susceptibility of poly(ethylene glycol), poly(N-vinylpyrrolidone), poly(2-alkyl-2-oxazoline)s and polypeptoids to deterioration by hydroxyl radicals deriving from hydrogen peroxide and copper ions. The obtained data confirm previous results of an apparent degradation rate increasing with increasing chain length due to self-inhibitory end group effects for all investigated polymer species. Although the exact concentrations of oxidative species in vivo are very controversial, with respect to their great variety and wide distribution the investigated polymers are likely prone to oxidative deterioration to some extent, with rates, mechanisms and degradation products strongly depending on the respective reactive species, polymer structure and chain length.
Like blood, most tissues of the human body benefit from a slightly alkaline pH value. Nevertheless, specific areas like the human stomach or tumor tissues possess acidic conditions potentially capable to cleave amide bonds comprised by poly(2-alkyl-2-oxazoline)s and polypeptoids. Unlike the hydrolysis of poly(2-alkyl-2-oxazoline)s resulting in side chain cleavage, the hydrolysis of polypeptoids induces backbone scission decreasing the polymer chain length tremendously and releasing, if performed exhaustively, the respective amino acids. Hydrolysis of polysarcosine is monitored by quantification of the released sarcosine via 1H-NMR spectroscopy and determination of the residual Mw via GPC. Its cyclic dimer sarcosine anhydride is formed as an intermediate product in this process via cyclization of unstable linear dimers of sarcosine.
Modification and degradation of bio(macro)molecules is an essential part of human metabolism. Polymers bearing amide bonds and showing a great similarity to natural occurring and widely distributed polypeptides, like poly(2-alkyl-2-oxazoline)s and polypeptoids, bear the potential of an enzymatic biodegradability by (more or less specific) peptidases. Just like the acidic hydrolysis described previously, peptidase activity would result in the cleavage of polymer amide bonds. The aim of the present thesis was to evaluate the stability of poly(2-alkyl-2-oxazoline)s and polypeptoids as well as poly(ethylene glycol) for the sake of reference under circumstances resembling in vivo conditions as closely as possible. Initial experiments focused on the degradation of dye-labeled upon incubation with homogenates of freshly harvested rat liver and kidney. However, although the obtained results are promising for the most part, they are considered rather unreliable and non-reproducible for various reasons. More conclusive data are attained from the incubation of non-labeled polymers in freshly laid chicken eggs. While no evidence for an enzymatic digestion of poly(ethylene glycol) in chicken egg white is found and deterioration of poly(2-methyl-2-oxazoline) upon incubation apparently derives from non-enzymatic hydrolysis, incubated polysarcosine samples reveal distinct elugram patterns depending on the respective C- and N-terminal end groups indicating both exopeptidase and endopeptidase activity. It has to be kept in mind though, that an enzymatic digestibility of polysarcosine does not necessarily imply the digestion of polypeptoids bearing longer side chains by peptidases as well, which should be investigated in further studies.
N2  - Die vorgestellte Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Abbauverhaltens von Polymeren unter biologisch relevanten Bedingungen. Vertreter der Poly(2-alkyl-2-oxazolin)e und Polypeptoide sowie Polyethylenglycol und Poly(N-vinylpyrrolidon) als Referenzpolymere werden im Hinblick auf ihre Stabilität unter oxidativen und hydrolytischen Bedingungen sowie gegen enzymatische Verdauung untersucht, um Rückschlüsse auf ihren potentiellen Abbau in vivo ziehen und die damit verbundenen Auswirkungen auf lebendes Gewebe abschätzen zu können. Poly(2-alkyl-2-oxazolin)e und Polypeptoide, zwei vielversprechende, jedoch noch wenig untersuchte Polymerklassen, sind als Biomaterialien für eine Vielzahl von in vivo Anwendungen interessant, werden aber bisher nicht kommerziell eingesetzt. Wie auch Polyethylenglycol und Poly(N-vinylpyrrolidon) werden Poly(2-alkyl-2-oxazolin)e und Polypeptoide als nicht bioabbaubar angesehen, was in Anbetracht der im Polymerrückgrat bzw. der davon abgehenden Seitenkette enthaltenen Amidbindungen kritisch zu hinterfragen ist. 
Reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies werden in vivo in einer Vielzahl von Prozessen gezielt oder auch als unerwünschtes Nebenprodukt gebildet. Vorangegangene Untersuchungen konnten bereits die Anfälligkeit von Polyethylenglycol, Poly(N-vinylpyrrolidon), Poly(2-alkyl-2-oxazolin)en und Polypeptoiden für Modifikationen durch in situ durch Reaktion von Wasserstoffperoxid und Kupferionen gebildete Hydroxylradikale zeigen. Desweiteren wiesen die Resultate auf eine starke Abhängigkeit der scheinbaren Abbaurate von der Polymerkettenlänge hin. Die erhaltenen Daten bestätigen die früheren Ergebnisse zum Anstieg der scheinbaren Abbaurate mit steigender Kettenlänge durch selbstinhibitorische Endgruppeneffekte für alle untersuchten Polymerspezies. Die tatsächlichen Konzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies in vivo werden kontrovers diskutiert, hinsichtlich ihrer großen Vielfalt und breiten Verteilung im Körper ist es jedoch durchaus wahrscheinlich, dass die untersuchten Polymere in vivo in unterschiedlichem Maße dem oxidativen Abbau unterliegen. Dabei sind nicht nur die Abbauraten, sondern auch der Mechanismus und die entsprechend gebildeten Abbauprodukte von der Art der reaktiven Spezies, der Polymerstruktur und der entsprechenden Kettenlänge abhängig.
Blut und die meisten Gewebe des menschlichen Körpers sind auf einen leicht alkalischen pH-Wert angewiesen. Dennoch weisen spezifische Regionen wie den Magen oder Tumorgewebe ein saures Milieu auf, welches eventuell in der Lage ist, Amidbindungen, wie sie in Poly(2-alkyl-2-oxazolin)en und Polypeptoiden enthalten sind, zu spalten. Im Gegensatz zur Hydrolyse von Poly(2-alkyl-2-oxazolin)en, welche in Abspaltung der Seitenkette resultiert, kommt es bei der Hydrolyse von Polypeptoiden zur Spaltung des Polymerrückgrates, welche mit einer drastischen Verringerung der Kettenlänge und, mit fortschreitender Hydrolyse, mit der Freisetzung der entsprechenden Aminosäure einhergeht. Die Hydrolyse von Polysarkosin wird durch Quantifizierung des freigesetzten Sarkosins via 1H-NMR Spektroskopie sowie durch Bestimmung des Mw via GPC verfolgt. Dabei zeigt sich, dass sich das zyklische Dimer Sarkosinanhydrid als Zwischenprodukt der Hydrolyse durch Zyklisierung instabiler linearer Dimere bildet.
Die Modifikation und der Abbau von Bio(makro)molekülen sind essentieller Bestandteil des menschlichen Metabolismus. Polymere, die wie die Poly(2-alkyl-2-oxazolin)e und Polypeptoide Amidbindungen und damit große Ähnlichkeit zu den natürlich vorkommenden und weit verbreiteten Polypeptiden aufweisen, bergen das Potential einer möglichen Bioabbaubarkeit durch Peptidasen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Evaluierung der Stabilität von Poly(2-alkyl-2-oxazolin)en und Polypeptoiden sowie Polyethylenglycol als Referenzpolymer ohne Amidbindungen unter Bedingungen, welche den in vivo vorliegenden Verhältnisse möglichst ähnlich sind. In ersten Experimenten liegt der Schwerpunkt auf der Inkubation Farbstoff-markierter Polymere in Homogenaten von frisch entnommenen Rattenlebern und -nieren. Obwohl die erhaltenen Ergebnisse zum Großteil vielversprechend sind, bestehen aus einer Vielzahl von Gründen Zweifel an ihrer Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit. Die Inkubation von nicht marktierten Polymeren in frisch gelegten Hühnereiern liefert aussagekräftigere Ergebnisse. Es sind keine Hinweise auf einen enzymatischen Abbau von Polyethylenglycol in Hühnereiweiß ersichtlich. Abweichungen der Elugramme des Poly(2-methyl-2-oxazolin)s deuten auf eine Modifikation während der Inkubation hin, die jedoch vermutlich nicht enzymatischen Ursprungs ist. Im Gegensatz dazu zeigen die Polysarkosin-Proben in Abhängigkeit der entsprechenden C- und N-terminalen Gruppen charakteristische Elugrammmodifikationen, welche auf die Aktivität von Exo- und Endopeptidasen hindeuten.
KW  - Biologischer Abbau
KW  - Polymere
KW  - Bioabbaubarkeit
KW  - Polyethylenglycol
KW  - Polypeptoide
KW  - Poly(2-oxazolin)e
KW  - Biodegradability
KW  - Polyethylene glycol
KW  - Polypeptoids
KW  - Poly(2-oxazoline)s
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158683
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lorson, Thomas
T1  - Novel Poly(2-oxazoline) Based Bioinks
T1  - Neuartige Poly(2-oxazolin) Basierte Biotinten
N2  - Motivated by the great potential which is offered by the combination of additive manufacturing and tissue engineering, a novel polymeric bioink platform based on poly(2 oxazoline)s was developed which might help to further advance the young and upcoming field of biofabrication. In the present thesis, the synthesis as well as the characteristics of several diblock copolymers consisting of POx and POzi have been investigated with a special focus on their suitability as bioinks. 
In general, the copolymerization of 2-oxazolines and 2-oxazines bearing different alkyl side chains was demonstrated to yield polymers in good agreement with the degree of polymerization aimed for and moderate to low dispersities.
For every diblock copolymer synthesized during the present study, a more or less pronounced dependency of the dynamic viscosity on temperature could be demonstrated. Diblock copolymers comprising a hydrophilic PMeOx block and a thermoresponsive PnPrOzi block showed temperature induced gelation above a degree of polymerization of 50 and a polymer concentration of 20 wt%. Such a behavior has never been described before for copolymers solely consisting of poly(cyclic imino ether)s.
Physically cross linked hydrogels based on POx b POzi copolymers exhibit reverse thermal gelation properties like described for solutions of PNiPAAm and Pluronic F127. However, by applying SANS, DLS, and SLS it could be demonstrated that the underlying gel formation mechanism is different for POx b POzi based hydrogels. It appears that polymersomes with low polydispersity are formed already at very low polymer concentrations of 6 mg/L. Increasing the polymer concentration resulted in the formation of a bicontinuous sponge like structure which might be formed due to the merger of several vesicles. For longer polymer chains a phase transition into a gyroid structure was postulated and corresponds well with the observed rheological data.
Stable hydrogels with an unusually high mechanical strength (G’ ~ 4 kPa) have been formed above TGel which could be adjusted over a range of 20 °C by changing the degree of polymerization if maintaining the symmetric polymer architecture. Variations of the chain ends revealed only a minor influence on TGel whereas the influence of the solvent should not be neglected as shown by a comparison of cell culture medium and MilliQ water.
Rotationally as well as oscillatory rheological measurements revealed a high suitability for printing as POx b POzi based hydrogels exhibit strong shear thinning behavior in combination with outstanding recovery properties after high shear stress.
Cell viability assays (WST-1) of PMeOx b PnPrOzi copolymers against NIH 3T3 fibroblasts and HaCat cells indicated that the polymers were well tolerated by the cells as no dose-dependent cytotoxicity could be observed after 24 h at non-gelling concentrations up to 100 g/L. 
In summary, copolymers consisting of POx and POzi significantly increased the accessible range of properties of POx based materials. In particular thermogelation of aqueous solutions of diblock copolymers comprising PMeOx and PnPrOzi was never described before for any copolymer consisting solely of POx or POzi. In combination with other characteristics, e.g. very good cytocompatibility at high polymer concentrations and comparably high mechanical strength, the formed hydrogels could be successfully used for 3D bioprinting. Although the results appear promising and the developed hydrogel is a serious bioink candidate, competition is tough and it remains an open question which system or systems will be used in the future.
N2  - Motiviert durch das große Potential, das die Kombination aus additiver Fertigung und künstlicher Geweberegeneration bietet, wurde eine neuartige polymerbasierte Biotintenplattform auf Basis von Poly(2 oxazolin)en entwickelt. Diese soll zukünftig dazu beitragen das noch junge, aber aufstrebende Forschungsfeld der Biofabrikation weiterzuentwickeln.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Synthese sowie die Eigenschaften von mehreren Diblock Copolymeren, bestehend aus POx und POzi, untersucht, wobei der Hauptfokus auf deren Eignung als Biotinte lag. 
Grundsätzlich konnte gezeigt werden, dass Copolymere, bestehend aus 2 Oxazolinen und 2 Oxazinen, die unterschiedliche Alkylseitenketten besitzen, synthetisiert werden können. Dabei lagen die ermittelten Polymerisationsgrade nahe am zuvor errechneten Wert. Die Polymere wiesen mittlere bis niedrigere Dispersitäten auf.
Für jedes der im Rahmen der vorliegenden Arbeit synthetisierten Diblock Copolymere konnte eine mehr oder weniger starke Abhängigkeit der dynamischen Viskosität von der Temperatur gezeigt werden. Allerdings ist es nicht möglich, aus den thermischen Eigenschaften des Bulkmaterials Rückschlüsse auf das temperaturabhängige Verhalten in Lösung zu ziehen. Diblock Copolymere mit einem hydrophilen PMeOx Block und einem thermoresponsiven PnPrOzi Block bildeten oberhalb einer Kettenlänge von 50 Einheiten und einer Polymerkonzentration von 20 Gew% ein physikalisches Gel. Solch ein Verhalten wurde bisher noch nicht für Copolymere, die ausschließlich auf POx oder seinen höheren Homologen basieren, beschrieben.
Physikalische Hydrogele, basierend auf POx b POzi Copolymeren, weisen eine umgekehrte thermische Gelierung wie auch wässrige Lösungen von PNiPAAm und Pluronic F127 auf. Allerdings konnte durch die komplementäre Verwendung von SANS, DLS und SLS gezeigt werden, dass sich der zugrundeliegende Gelbildungsmechanismus für POx b POzi basierte Hydrogele deutlich von den beiden zuvor genannten unterscheidet. Es wird davon ausgegangen, dass sich zunächst bei einer sehr geringen Polymerkonzentration von 6 mg/L Vesikel mit geringer Polydispersität ausbilden. Eine Erhöhung der Konzentration resultiert in der Ausbildung eines bikontinuierlichen Netzwerks mit schwammartiger Struktur. Dieses bildet sich vermutlich durch die Fusion mehrerer Vesikel. Des Weiteren wird für höhere Polymerisationsgrade ein Phasenübergang zu einer gyroidalen Struktur postuliert der sich sehr gut mit den gewonnenen rheologischen Daten deckt.
Stabile Hydrogele mit außergewöhnlich hoher mechanischer Stärke (G‘ ≈ 4kPa) bildeten sich oberhalb der Tgel, die über eine Temperaturspanne von 20 °C durch Änderung des Polymerisationsgrades eingestellt werden konnte. Veränderung der Kettenenden zeigten nur einen geringen Einfluss auf die TGel, wobei der Einfluss des verwendeten Lösemittels nicht unterschätzt werden sollte. Dies konnte durch den direkten Vergleich von MilliQ Wasser und Zellkulturmedium gezeigt werden.
Rheologische Untersuchungen, die sowohl im rotierenden als auch im oszillierenden Modus durchgeführt wurden, zeigten eine gute Eignung der POx b POzi basierten Hydrogele für Extrusion basierte Druckverfahren. Insbesondere aufgrund des stark ausgeprägten scherverdünnenden Verhaltens und der ausgezeichneten Strukturerholung nach hoher Scherbelastung sollten gute Druckergebnisse erzielbar sein.
Zellviabilität-Assays (WST-1) von PMeOx b PnPrOzi Copolymeren an NIH 3T3 Fibroblasten und HaCat-Zellen zeigten, dass die Polymere bei Konzentrationen von bis zu 100 g/L und Inkubationszeiten von 24 h keine dosisabhängige Zytotoxizität besitzen.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Copolymerisation von POx und POzi den verfügbaren Eigenschaftsbereich von POx basierten Materialien deutlich vergrößert hat. Insbesondere die temperaturinduzierte Gelierung von wässrigen Polymerlösungen wurde noch nie zuvor für ein anderes Copolymer auf Basis von POx und POzi beschrieben. Aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften, wozu unter anderem eine sehr gute Zytokompatibilität bei hohen Polymerkonzentrationen und eine vergleichsweise hohe mechanische Festigkeit zählen, konnten die entwickelten Hydrogele erfolgreich für den 3D Biodruck verwendet werden. Obwohl die beschriebenen Ergebnisse sehr vielversprechend sind und die entwickelte Hydrogelplattform folglich als ernstzunehmender Biotintenkandidat angesehen werden sollte, ist die Konkurrenz sehr groß und es bleibt abzuwarten, welche Tinte bzw. Tinten in Zukunft zum Einsatz kommen.
KW  - Polymere
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - Lichtstreuung
KW  - Biomaterial
KW  - 3D-Druck
KW  - Poly(2-oxazolin)e
KW  - poly(2-oxazoline)s
KW  - Biofabrikation
KW  - biofabrication
KW  - Biotinten
KW  - bioinks
KW  - Hydrogel
KW  - hydrogel
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - ring-opening polymerization
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180514
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nahm, Daniel
T1  - Poly(2-oxazine) Based Biomaterial Inks for the Additive Manufacturing of Microperiodic Hydrogel Scaffolds
T1  - Poly(2-oxazine) Basierte Biomaterialtinten für die Additive Fertigung von Mikroperiodischen Hydrogelstrukturen
N2  - The aim of this thesis was the preparation of a biomaterial ink for the fabrication of chemically crosslinked hydrogel scaffolds with low micron sized features using melt electrowriting (MEW). By developing a functional polymeric material based on 2-alkyl-2-oxazine (Ozi) and 2-alkyl-2-oxazoline (Ox) homo- and copolymers in combination with Diels-Alder (DA)-based dynamic covalent chemistry, it was possible to achieve this goal. This marks an important step for the additive manufacturing technique melt electrowriting (MEW), as soft and hydrophilic structures become available for the first time. The use of dynamic covalent chemistry is a very elegant and efficient method for consolidating covalent crosslinking with melt processing. It was shown that the high chemical versatility of the Ox and Ozi chemistry offers great potential to control the processing parameters. The established platform offers straight forward potential for modification with biological cues and fluorescent markers. This is essential for advanced biological applications. The physical properties of the material are readily controlled and the potential for 4D-printing was highlighted as well. The developed hydrogel architectures are excellent candidates for 3D cell culture applications. In particular, the low internal strength of some of the scaffolds in combination with the tendency of such constructs to collapse into thin strings could be interesting for the cultivation of muscle or nerve cells. In this context it was also possible to show that MEW printed hydrogel scaffolds can withstand the aspiration and ejection through a cannula. This allows the application as scaffolds for the minimally invasive delivery of implants or functional tissue equivalent structures to various locations in the human body.
N2  - Das Ziel dieses Projekts war die Herstellung einer Biomaterialtinte, welche die Herstellung chemisch vernetzter, mikrostrukturierter Hydrogelgerüste mittels Melt Electrowriting (MEW) ermöglicht. Die Verwendung von speziell auf den schmelzbasierten 3D Druck angepassten polyoxazinbasierten Polymeren und die Anwendung von dynamisch kovalenter Chemie ermöglichte es, dieses Ziel zu erreichen. Dies ist ein wichtiger Schritt für die aufstrebende, additive Fertigungstechnologie MEW, da nun erstmals weiche und hydrophile Strukturen erzeugt werden können. Speziell die Verwendung der dynamischen Diels-Alder (DA) Chemie ist ein effizienter Weg, die Fertigung von kovalent vernetzten Strukturen mit der Schmelzprozessierung zu vereinen. Es wurde weiterhin gezeigt, dass die hier etablierte Materialplattform die Möglichkeit zur Modifikation mit biologischen und chemischen Signalen bietet. Dies ist besonders für biologische Anwendungen unerlässlich. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Materials lassen sich leicht auf potentielle Anwendungen anpassen und das Potential für den 4D Druck wurde ebenfalls hervorgehoben. Alles in Allem legt diese Arbeit den Grundstein für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen sowohl in der Biomedizin als auch in anderen Bereichen.
KW  - Polymere
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - Biomaterial
KW  - 3D-Druck
KW  - biofabrication
KW  - poly(2-oxazoline)s
KW  - poly(2-oxazine)s
KW  - ring-opening polymerization
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245987
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lübtow, Michael M.
T1  - Structure-property relationships in poly(2-oxazoline)/poly(2-oxazine) based drug formulations
T1  - Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Poly(2-oxazolin)/Poly(2-oxazin) basierten Wirkstoffformulierungen
N2  - According to estimates, more than 40% of all new chemical entities developed in pharmaceutical industry are practically insoluble in water. Naturally, the demand for excipients which increase the water solubility and thus, the bioavailability of such hydrophobic drugs is enormous. Poly(2-oxazoline)s (POx) are currently intensively discussed as highly versatile class of biomaterials. Although selected POx based micellar drug formulations exhibit extraordinarily high drug loadings > 50 wt.% enabling high anti-tumor efficacies in vivo, the formulation of other hydrophobic compounds has failed. This casts doubt on the general understanding in which a hydrophobic active pharmaceutical ingredient is dissolved rather unspecifically in the hydrophobic core of the micelles following the fundamental concept of “like dissolves like”. Therefore, a closer look at the interactions between all components within a formulation becomes increasingly important. To do so, a large vehicle platform was synthesized, loaded with various hydrophobic drugs of different structure, and the formulations subsequently characterized with conventional and less conventional techniques. The obtained in-depth insights helped to develop a more thorough understanding about the interaction of polymer and incorporated API finally revealing morphologies deviating from a classical core/shell structure. During these studies, the scarcely investigated polymer class of poly(2-oxazine)s (POzi) was found as promising drug-delivery vehicle for hydrophobic drugs. Apart from this fundamental research, the anti-tumor efficacy of the two APIs curcumin and atorvastatin has been studied in more detail. To increase the scope of POx and POzi based formulations designed for intravenous administration, a curcumin loaded hydrogel was developed as injectable drug-depot.
N2  - Schätzungen zufolge sind mehr als 40% aller „new chemical entities“, welche in der pharmazeutischen Industrie entwickelt werden, wasserunlöslich. Aus diesem Grund ist der Bedarf an Zusatzstoffen, welche die Wasserlöslichkeit und dadurch die Bioverfügbarkeit erhöhen, enorm. Poly(2-oxazolin)e (POx) werden derzeitig intensiv als vielseitig einsetzbare Biomaterialien untersucht. Obwohl bestimmte POx basierte, mizellare Wirkstoffformulierungen außergewöhnlich hohe Beladungskapazitäten > 50 Gew.% aufwiesen und dadurch ausgeprägte anti-Tumor Effektivität  in vivo ermöglichten, schlug die Formulierung anderer hydrophober Stoffe fehl. Dies lässt Zweifel an dem altbewährten Konzept aufkommen, in welchem hydrophobe Arzneistoffe mehr oder weniger unspezifisch im hydrophoben Kern einer Mizelle gelöst werden. Aus diesem Grund ist ein genauerer Blick auf die Interaktionen zwischen allen Bestandteilen einer Formulierung vonnöten. Deshalb wurde eine große Polymerplattform synthetisiert, mit verschiedenen hydrophoben Wirkstoffen unterschiedlicher Struktur beladen und die Formulierungen im Anschluss mit herkömmlichen und weniger herkömmlichen Methoden charakterisiert. Die daraus erhaltenen Einblicke ermöglichten es ein umfassenderes Verständnis über die Interaktionen von Polymer und Wirkstoff zu entwickeln. Innerhalb dieser Studien wurden Aggregate charakterisiert, welche von einer klassischen Kern/Schale Morphologie abwichen. Des Weiteren konnte die kaum erforschte Polymerklasse der Poly(2-oxazin)e (POzi) als vielversprechende Wirkstoffträgerplattform für hydrophobe Wirkstoffe charakterisiert werden. Von dieser Grundlagenforschung abgesehen, wurde die anti-Tumor Effektivität von Curcumin und Atorvastatin Nanoformulierungen untersucht. Um den Anwendungsbereich der POx und POzi basierten Wirkstoffformulierungen, welche für intravenöse Verabreichung entwickelt wurden, zu erweitern, wurde ein Curcumin beladenes Hydrogel als injizierbares Wirkstoffdepot entwickelt.
KW  - Polymere
KW  - Nanomedizin
KW  - Wirkstoff-Träger-System
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - Hydrogel
KW  - Drug-Polymer Interactions
KW  - Poly(2-oxazoline)
KW  - Poly(2-oxazine)
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193387
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Pöppler, Ann‐Christin
A1  - Lübtow, Michael M.
A1  - Schlauersbach, Jonas
A1  - Wiest, Johannes
A1  - Meinel, Lorenz
A1  - Luxenhofer, Robert
T1  - Strukturmodell von Polymermizellen in Abhängigkeit von der Curcumin‐Beladung mithilfe von Festkörper‐NMR‐Spektroskopie
JF  - Angewandte Chemie
N2  - Detaillierte Einblicke in die Struktur von mit Wirkstoffen beladenen Polymermizellen sind rar, aber wichtig um gezielt optimierte Transportsysteme entwickeln zu können. Wir konnten beobachten, dass eine Erhöhung der Curcumin‐Beladung von Triblockcopolymeren auf Basis von Poly(2‐oxazolinen) und Poly(2‐oxazinen) schlechtere Auflösungseigenschaften nach sich zieht. Mitthilfe von Festkörper‐NMR‐Spektroskopie und komplementären Techniken ist es möglich, ein ladungsabhängiges Strukturmodell auf molekularer Ebene zu erstellen, das eine Erklärung für die beobachteten Unterschiede liefert. Dabei belegen die Änderungen der chemischen Verschiebungen und Kreuzsignale in 2D‐NMR‐Experimenten die Beteiligung des hydrophoben Polymerblocks an der Koordination der Curcumin‐Moleküle, während bei höherer Beladung auch eine zunehmende Wechselwirkung mit dem hydrophilen Polymerblock beobachtet wird. Letztere könnte elementar für die Stabilisierung von ultrahochbeladenen Polymermizellen sowie das Design von verbesserten Wirkstofftransportsystemen sein.
KW  - Auflösungsraten
KW  - Festkörper-NMR
KW  - Mizellen
KW  - Nahordnung
KW  - Polymere
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-212513
VL  - 131
IS  - 51
ER  -